空氣間隔裝藥在中深孔臺(tái)階爆破中的應(yīng)用＊

魏 興

（貴州新聯(lián)爆破工程有限公司， 貴州 貴陽(yáng) 550002）

1 間隔裝藥的理論研究與發(fā)展現(xiàn)狀

間隔裝藥是在中深孔爆破中利用空氣為間隔，進(jìn)行軸向不耦合裝藥的爆破技術(shù)。與傳統(tǒng)的中深孔連續(xù)裝藥相比，空氣間隔裝藥技術(shù)更能有效地利用炸藥爆炸釋放的能量，有效地提高巖石的破碎效果和爆堆形態(tài)，對(duì)邊坡控制也有一定改善。這主要是因?yàn)椋嚎諝忾g隔裝藥降低了爆炸沖擊波的峰值壓力，減少了炮孔周?chē)鷰r石的過(guò)度粉碎；爆破沖擊波在到達(dá)堵塞物或孔底后又返回到孔內(nèi)間隔空氣中，在沖擊波的反復(fù)作用下，炮孔周?chē)鷳?yīng)力場(chǎng)得到了增強(qiáng)，應(yīng)力波作用的時(shí)間延長(zhǎng)；炮孔周?chē)耸艿奖茮_擊波的作用，還受到爆生氣體所產(chǎn)生的靜壓力作用以及炮孔底部的應(yīng)力波反射作用，當(dāng)這兩者的壓力之和超過(guò)巖石的極限破碎強(qiáng)度時(shí)，巖石的原生裂隙將得到進(jìn)一步擴(kuò)展，并產(chǎn)生新的裂隙?？諝忾g隔裝藥又可分為空氣層在頂部、空氣層在中部、空氣層在底部3種情況，如圖1所示。

圖1 空氣間隔裝藥示意

大量實(shí)踐和研究表明［1－4］，空氣間隔裝藥能克服連續(xù)裝藥爆破存在的諸多問(wèn)題，在不改變爆破效果的情況下，降低了炸藥單耗，提高了炸藥能量的利用率，降低了爆破成本，而且能夠降低爆破振動(dòng)的強(qiáng)度，有效控制爆破的危害效應(yīng)。前蘇聯(lián)采用空氣間隔裝藥技術(shù)，使炸藥的單耗降低了10%～30%，同時(shí)改善了爆破后碎塊的拋擲程度和破碎效果；澳大利亞使用空氣間隔裝藥技術(shù)控制了邊坡的破碎程度，有效降低了炸藥的使用成本；美國(guó)馬里蘭大學(xué)則利用動(dòng)光彈的測(cè)試方法觀測(cè)了聚異丁烯酸樹(shù)脂中空氣間隔裝藥的爆破效果，實(shí)驗(yàn)表明，空氣間隔裝藥可以有效延長(zhǎng)爆破沖擊波對(duì)周?chē)橘|(zhì)的作用時(shí)間［5］；南芬露天鐵礦從2000年末開(kāi)始使用底部空氣間隔裝藥技術(shù)，有效控制巖石的破碎塊度，降低了炸藥單耗，提高了鏟裝效率，當(dāng)年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益145萬(wàn)元［6］；歪頭山鐵礦從2002年開(kāi)始使用空氣間隔裝藥技術(shù)，降低了采礦的綜合成本，截至2003年4月，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益100余萬(wàn)元。

目前，間隔裝藥技術(shù)及其理論研究正在不斷完善，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，本文將結(jié)合遵義新浦洪水臺(tái)場(chǎng)地平整項(xiàng)目中空氣間隔裝藥的實(shí)際情況，對(duì)空氣間隔裝藥技術(shù)及其應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究，為類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

2 空氣間隔裝藥在中深孔臺(tái)階爆破中的應(yīng)用

遵義新浦新區(qū)洪水臺(tái)場(chǎng)地平整項(xiàng)目爆區(qū)巖石為薄至中厚層灰?guī)r，微風(fēng)化，陡傾斜產(chǎn)出，走向北東，節(jié)理發(fā)育，泥質(zhì)充填，局部風(fēng)化嚴(yán)重有巖溶，從地表延伸數(shù)十米。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，區(qū)域地塊穩(wěn)定性好。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次踏勘，整個(gè)爆破開(kāi)挖山體巖石普氏堅(jiān)固系數(shù)f約為6～10，從巖石地質(zhì)構(gòu)造及巖石堅(jiān)固系數(shù)上看較有利于爆破開(kāi)挖。為了改善爆破效果，取得合理的爆破塊度，避免或減少根底，決定采用空氣間隔裝藥技術(shù)。

在實(shí)際爆破工程中，采用中間空氣間隔裝藥技術(shù)，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是要保證底部裝藥量，底部裝藥長(zhǎng)度不低于最小抵抗線的1.4倍。根據(jù)實(shí)際最小抵抗線W＝3m，則應(yīng)保證底部裝藥長(zhǎng)度不小于4.2 m，中間留空隙1.5m，上部裝藥長(zhǎng)度最好不小于2.5m，加上堵塞3.0m，因此要求爆破臺(tái)階高度必須大于11m。

空氣間隙爆破的具體操作是：在裝好底部炸藥后（包括起爆藥包），將用尼龍繩捆緊的麻袋塞到孔內(nèi)，并用竹竿送到計(jì)算好的孔深處，然后在孔口橫拴一條小木棍，將尼龍繩綁在木棍上，以便固定懸吊的孔中麻袋塞。之后繼續(xù)上部裝藥，并再裝一個(gè)起爆藥柱，堵塞等，如圖2所示。

圖2 空氣間隔裝藥

在爆破臺(tái)階高度不夠采用中部空氣間隔爆破技術(shù)的情況下，除了適當(dāng)增加孔網(wǎng)參數(shù)外，采用了底部耦合裝藥，上部不耦合裝藥。底部耦合裝藥的高度同樣要大于最小抵抗線的1.4倍。裝藥方式為：底部裝多孔粒狀硝酸銨，而上部用直徑為70mm的條狀乳化炸藥。采用吊裝的辦法，即用繩子將70mm炸藥一條條的壘上，如圖3所示。

從爆堆形態(tài)上看，采用中間空氣間隔裝藥技術(shù)的爆堆拋擲有所減弱，但巖石爆破的塊度更均勻，大塊率有所降低。底板的平整度和殘留的根腳率與耦合裝藥爆破的效果相差無(wú)幾。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)比較，孔徑為90mm炮孔，平均延米裝藥量為5.5 kg／m，那么每個(gè)孔相比較可以少裝9kg的炸藥，每1kg炸藥價(jià)格為8元，這樣每孔可以節(jié)省炸藥成本72元，扣除多用的1個(gè)非電導(dǎo)爆管雷管7元，則每個(gè)孔可以節(jié)省65元。假設(shè)礦山每天要爆破200個(gè)孔的話，那么采用空氣間隙爆破相對(duì)可以為礦山節(jié)省13000元，這是相當(dāng)可觀的數(shù)目。

圖3 不耦合裝藥

3 空氣間隔裝藥技術(shù)的幾個(gè)問(wèn)題探討

（1）空氣間隔位置的選擇。在實(shí)際爆破工程中，有底部空氣間隔裝藥，中間空氣間隔裝藥和頂部空氣間隔裝藥，文獻(xiàn)［7］指出在裝藥量不變的情況下，中間間隔裝藥的破碎效果要優(yōu)于底部間隔裝藥的破碎效果。Moxon N T［8］等也認(rèn)為空氣間隔置于中間的裝藥結(jié)構(gòu)其爆破效果要優(yōu)于空氣間隔置于其它位置的裝藥結(jié)構(gòu)，但是在實(shí)際裝藥操作中，采用中間空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)則相當(dāng)麻煩，而且要求兩端同時(shí)起爆，這對(duì)起爆時(shí)間的控制和起爆器材都有較高要求。盧文波、朱紅兵［7］等則通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)空氣間隔層置于上部比較合理；劉振東［2］等從能量角度出發(fā)認(rèn)為空氣間隔層置于炮孔底部可以更好地利用爆破沖擊波的能量、避免和減少留根底。也有其他學(xué)者認(rèn)為空氣間隔層置于炮孔底部可用于保護(hù)底板。

（2）空氣間隔與炮孔裝藥的比值選取問(wèn)題。Melnikov N V［9］等認(rèn)為空氣間隔應(yīng)取炮孔內(nèi)總體積的11% ～35%；Moxon N T［8］認(rèn)為應(yīng)取炮孔內(nèi)總體積的15%～35%；國(guó)內(nèi)部分學(xué)者認(rèn)為當(dāng)空氣間隔體積為炮孔內(nèi)總體積的30%～40%時(shí)爆破效果最好。盧文波、朱紅兵［10］等運(yùn)用一維沖擊波理論推導(dǎo)了在中深孔臺(tái)階爆破中合適空氣間隔層比例約為30%～42%。對(duì)于空氣間隔層比例的選取，除了理論分析之外，更應(yīng)該結(jié)合工程實(shí)際情況，根據(jù)被爆體的巖石性質(zhì)、地質(zhì)條件、鉆孔直徑、炸藥類(lèi)型等具體情況，確定合理的比值范圍，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試爆情況和生產(chǎn)實(shí)際情況，靈活調(diào)整空氣間隔層的比值范圍。

（3）空氣間隔裝藥情況下，在應(yīng)力波加卸載作用下炮孔周?chē)鷰r石動(dòng)態(tài)損傷的演化問(wèn)題。在進(jìn)行空氣間隔裝藥爆破時(shí)，由于空氣間隔層的存在，使得炸藥在爆炸后，會(huì)對(duì)炮孔周?chē)鷰r石產(chǎn)生二次或反復(fù)加卸載的作用，從而加強(qiáng)了壓力波造成的裂隙巖體的進(jìn)一步破碎，其對(duì)炮孔周?chē)鷰r體的破壞機(jī)理與連續(xù)裝藥有所不同，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行更深入的研究，從而更好地利用應(yīng)力波的二次或反復(fù)加卸載作用，提高巖體的破碎效果。

因此應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)空氣間隔裝藥的爆破參數(shù)進(jìn)行研究，并根據(jù)實(shí)際爆破情況和爆破效果對(duì)爆破參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，才能取得更好的爆破效果，為爆破施工帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

實(shí)踐表明，空氣間隔裝藥技術(shù)以空氣為間隔，延長(zhǎng)了炮孔中應(yīng)力波的作用時(shí)間，降低了爆炸沖擊波的峰值壓力，改善了炮孔中應(yīng)力波的作用效果，減少了炮孔周?chē)鷰r石的過(guò)度粉碎，增大了應(yīng)力波的作用時(shí)間，提高了炸藥能量的利用率，在不改變爆破效果的同時(shí)，降低了單位巖石爆破的炸藥單耗，為爆破工程帶來(lái)了可觀了經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)爆破工程的具體情況，在實(shí)踐中不斷探索總結(jié)，找到適合工程條件的爆破參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳的爆破效果。

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